风力涡轮功率系统的基于里程计的控制技术方案

本发明专利技术涉及风力涡轮功率系统的基于里程计的控制。一种用于控制连接到电力网的风力涡轮的方法包括经由控制器来接收风力涡轮的状态估计。该方法还包括经由控制器来至少使用状态估计确定风力涡轮的当前条件，当前条件限定风力涡轮的成组的条件参数。此外，该方法包括经由控制器来从监督控制器接收控制函数，控制函数限定成组的条件参数与风力涡轮的至少一个操作参数的关系。此外，该方法包括经由控制器来针对多个动态控制间隔基于当前条件和控制函数动态地控制风力涡轮。制函数动态地控制风力涡轮。制函数动态地控制风力涡轮。

Odometer based control of wind turbine power system

【技术实现步骤摘要】
风力涡轮功率系统的基于里程计的控制


[0001]本公开总体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及风力涡轮功率系统的基于里程计(odometer)的控制。

技术介绍

[0002]风力被认为是目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片是用于将风能转化成电能的主要元件。叶片典型地具有翼型件的横截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片，从而在其侧部之间产生压力差。因此，从压力侧朝向吸力侧导向的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上生成扭矩，主转子轴连接到发电机以用于产生电力。
[0003]典型地，风力涡轮被设计成在预确定或预期的操作寿命内以标称功率输出操作。例如，典型的风力涡轮被设计成用于20年的寿命。然而，在许多情况下，该预期的总体操作寿命是有限的，或者基于风力涡轮构件中的一个或多个的预期疲劳寿命。如本文中所使用的风力涡轮的寿命消耗或操作使用量(其可包括疲劳或极端负载、磨损和/或其它寿命参数)大体上指代已由先前的操作消耗或耗尽的风力涡轮或其构件的寿命。因此，对于常规的风力涡轮，大体上在风力涡轮的寿命内以预确定的时间间隔安排多种预防性维护动作，以防止如果不执行这样的维护动作则可出现的加速寿命消耗。
[0004]然而，这样的维护动作的成本和相关联的停机时间是风力涡轮的总体寿命周期成本的重要驱动因素，并且因此应当被优化。另外，具有较高操作使用量的风力涡轮可维护不足，并且出现计划外低品质事件的风险更大。类似地，具有较低操作使用量的风力涡轮可过度维护。
[0005]因此，用于例如使用基于里程计的控制来控制风力涡轮的改进的系统和方法将在本领域中受到欢迎，以解决前面提到的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本专利技术而了解。
[0007]在一个方面中，本公开针对一种用于控制连接到电力网的风力涡轮的方法。该方法包括经由控制器来接收风力涡轮的状态估计。该方法还包括经由控制器来至少使用状态估计确定风力涡轮的当前条件，当前条件限定风力涡轮的成组的条件参数。此外，该方法包括经由控制器来从监督控制器接收控制函数，控制函数限定成组的条件参数与风力涡轮的至少一个操作参数的关系。此外，该方法包括经由控制器来针对多个动态控制间隔基于当前条件和控制函数动态地控制风力涡轮。
[0008]在实施例中，成组的条件参数可包括电力网、风或风力涡轮的环境的特征。因此，例如，成组的条件参数可包括风速、风向、风切变、风顺转、湍流、环境温度、湿度、风力涡轮
的操作状态、一个或多个电网条件等以及它们的组合。在这样的实施例中，(多个)电网条件可包括例如电网功率因数、电网电压或电网电流。
[0009]在另一个实施例中，风力涡轮的成组的条件参数可被估计、测量、预测或它们的组合。
[0010]在另外的实施例中，该方法可包括通过计算机将风力涡轮的状态建模为高维矢量来确定状态估计，其中状态估计限定风力涡轮的动态运动、弹性变形和机械应力中的至少一个。
[0011]在附加实施例中，至少使用状态估计来确定风力涡轮的当前条件可包括：经由条件估计器模块来接收风力涡轮的状态估计和一个或多个外部测量结果；以及经由条件估计器模块来使用风力涡轮的状态估计和一个或多个外部测量结果确定风力涡轮的当前条件。
[0012]在实施例中，控制函数可包括查找表、数学函数等。
[0013]在又一个实施例中，该方法可包括根据风力涡轮的状态估计使用一个或多个损伤里程计来确定风力涡轮的一个或多个构件的一个或多个损伤水平。在这样的实施例中，该方法可包括：经由监督控制器的函数设计模块，基于条件分布、风力涡轮的操作行为的模型、风力涡轮的设计寿命、风力涡轮的经过的寿命、一个或多个损伤极限、一个或多个损伤水平或未来价值折现中的至少一个来确定控制函数。
[0014]此外，在实施例中，风力涡轮的操作行为的模型限定从风力涡轮的成组的条件参数和风力涡轮的至少一个操作参数到针对多个动态控制间隔中的每个的风力涡轮的预期功率统计数据和一个或多个损伤水平的预期增量的映射。在这样的实施例中，风力涡轮的预期功率统计数据可包括风力涡轮的功率产生量、功率因数、功率稳定性等。
[0015]在另外的实施例中，风力涡轮的操作行为的模型可限定针对模型的输出的不确定性水平。
[0016]在若干实施例中，该方法可包括使用模拟、机器学习、实验的设计或它们的组合中的至少一种来确定风力涡轮的操作行为的模型。
[0017]在特定实施例中，针对多个动态控制间隔中的每个基于当前条件和控制函数来动态地控制风力涡轮可包括经由控制器的动态函数模块来针对多个动态控制间隔中的每个基于当前条件和控制函数动态地改变风力涡轮的(多个)操作参数。
[0018]在又一个方面中，本公开针对一种用于控制连接到电力网的风力涡轮的系统。该系统包括用于生成风力涡轮的状态估计的涡轮控制器和通信地联接到涡轮控制器的监督控制器。监督控制器包括动态函数模块、条件估计器模块和函数设计模块。因此，条件估计器模块至少使用状态估计来确定风力涡轮的当前条件，当前条件限定风力涡轮的成组的条件参数。此外，动态函数模块从函数设计模块接收控制函数，控制函数限定成组的条件参数与风力涡轮的至少一个操作参数的关系。此外，动态函数模块确定(多个)操作参数并将其发送到涡轮控制器，以针对多个动态控制间隔基于当前条件和控制函数来动态地控制风力涡轮。应当理解，该系统可进一步配置成具有本文中所描述的特征中的任何。
[0019]技术方案1. 一种用于控制连接到电力网的风力涡轮的方法，所述方法包括：经由控制器来接收所述风力涡轮的状态估计；经由所述控制器来至少使用所述状态估计确定所述风力涡轮的当前条件，所述当前条件限定所述风力涡轮的成组的条件参数；
经由所述控制器来从监督控制器接收控制函数，所述控制函数限定所述成组的条件参数与所述风力涡轮的至少一个操作参数的关系；和经由所述控制器来针对多个动态控制间隔基于所述当前条件和所述控制函数动态地控制所述风力涡轮。
[0020]技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述成组的条件参数包括所述电力网、风或所述风力涡轮的环境中的至少一个的特征，所述成组的条件参数包括风速、风向、风切变、风顺转、湍流、环境温度、湿度、所述风力涡轮的操作状态或一个或多个电网条件中的至少一个。
[0021]技术方案3. 根据技术方案2所述的方法，其中，所述一个或多个电网条件包括电网功率因数、电网电压或电网电流中的至少一个。
[0022]技术方案4. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述风力涡轮的所述成组的条件参数被估计、测量、预测或它们的组合。
[0023]技术方案5. 根据技术方案1所述的方法，进一步包括通过计算机将所述风力涡轮的状态建模为高维矢量来确定所述状态估计，其中，所述状态估计限定所述风力涡轮的动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于控制连接到电力网的风力涡轮的方法，所述方法包括：经由控制器来接收所述风力涡轮的状态估计；经由所述控制器来至少使用所述状态估计确定所述风力涡轮的当前条件，所述当前条件限定所述风力涡轮的成组的条件参数；经由所述控制器来从监督控制器接收控制函数，所述控制函数限定所述成组的条件参数与所述风力涡轮的至少一个操作参数的关系；和经由所述控制器来针对多个动态控制间隔基于所述当前条件和所述控制函数动态地控制所述风力涡轮。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成组的条件参数包括所述电力网、风或所述风力涡轮的环境中的至少一个的特征，所述成组的条件参数包括风速、风向、风切变、风顺转、湍流、环境温度、湿度、所述风力涡轮的操作状态或一个或多个电网条件中的至少一个。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述一个或多个电网条件包括电网功率因数、电网电压或电网电流中的至少一个。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述风力涡轮的所述成组的条件参数被估计、测量、预测或它们的组合。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过计算机将所述风力涡轮的状态建模为高维矢量来确定所述状态估计，其中，所述状态估计限定所述风力涡轮的动态运动、弹性变形和机械应力中的至少一个。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：